【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 手指的長(zhǎng)度，我們可以設(shè)定連桿長(zhǎng)度（L1）為18mm,手指初始位置曲柄和驅(qū)動(dòng)器之間的距離（L0）為13mm，曲柄根據(jù)實(shí)際情況取15mm，10mm，6mm，分別比較他們的偏轉(zhuǎn)角度和輸出力(F0L/FL2)的大小。表21 不同長(zhǎng)度曲柄下的轉(zhuǎn)角和輸出力曲柄長(zhǎng)度L2(mm）偏轉(zhuǎn)角度θ（0）輸出力大小60~100~150~ 可以根據(jù)以上公式，可以計(jì)算曲柄不同長(zhǎng)度時(shí)的連桿的角度和最大受力，比較偏轉(zhuǎn)角度和輸出力，我們這里選擇手指曲柄為10mm最符合要求。如表21所示表22 手指關(guān)節(jié)尺寸變量單位數(shù)值曲柄長(zhǎng)度（L2)mm10 連桿(L1)mm18 極限位置距離（ L0）mm13氣動(dòng)肌肉的位移范圍（X)mm0~10 通過(guò)上面數(shù)據(jù)帶入θ求解公式可得公式，手指的偏轉(zhuǎn)角度的范圍為，力的大小可以根據(jù)上面的F0公式進(jìn)行計(jì)算。. 因?yàn)槭种赣腥齻€(gè)關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)又有許多零件，三個(gè)手指關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)一樣，所以這里以滑塊簡(jiǎn)要的介紹手指建模過(guò)程。1. 打開(kāi)solidworks，在菜單欄中找到草圖繪制，然后選擇草圖繪制的基準(zhǔn)面，一般選擇前視基準(zhǔn)面（XY為基準(zhǔn)面）。如圖26所示 圖26 基準(zhǔn)面的建立2. 繪制如圖27所示的草圖，用鼠標(biāo)選中剛剛繪制的長(zhǎng)方形，然后在實(shí)體特征中選擇實(shí)體拉伸，輸入拉伸的距離，最后點(diǎn)擊確定，得到一個(gè)長(zhǎng)方體。圖27 繪制長(zhǎng)方形過(guò)程3. 其他三個(gè)零件的繪制過(guò)程，和剛剛的長(zhǎng)方體類似，一般都是先繪制零件草圖，然后對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，拉伸，偏置，鏡像等7處理，得到設(shè)計(jì)要求的三維圖，如圖28所示，零件滑塊已經(jīng)建立完成。圖28 關(guān)節(jié)滑塊圖 靈巧手指的裝配和三維模型的導(dǎo)出 由于其他手指零件的繪制過(guò)程基本類似，當(dāng)零件建立結(jié)束后，首先要進(jìn)行零件圖的裝配，首先新建裝配體，然后點(diǎn)擊開(kāi)始裝配，瀏覽指向零件圖的位置，并且選擇其中一個(gè)零件作為基準(zhǔn)件，單擊插入新的零部件，瀏覽所要裝配的零部件，選擇兩個(gè)零部件的配合形式，然后其他零件以此類推，最終建立一個(gè)三維實(shí)體手指圖，本裝配的過(guò)程涉及到配合，目前常見(jiàn)的配合有重合、同軸心、平行、相切、距離、垂直等，本裝配主要涉及到同軸心、平行和接觸，手指裝配完成，檢查沒(méi)有問(wèn)題后，便可以將裝配圖轉(zhuǎn)化為ADAMS格式輸出。在SolidWorks中把手指的裝配圖另存為ParaSolid格式（）。圖28 手指裝配圖第三章 多關(guān)節(jié)手指的動(dòng)力學(xué)仿真分析(1) ADMAS簡(jiǎn)介 ADAMS作為世界上使用最廣泛的多體動(dòng)力學(xué)（MBD）軟件，ADAMS可以幫助工程師研究運(yùn)動(dòng)部件，在機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)中載荷和力如何分布。產(chǎn)品制造商往往很難理解真正的系統(tǒng)性能，直到在設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束時(shí)。機(jī)械，電力等子系統(tǒng)對(duì)他們的系統(tǒng)工程過(guò)程中的具體要求進(jìn)行驗(yàn)證，但整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試和驗(yàn)證來(lái)得晚，導(dǎo)致返工，而且是風(fēng)險(xiǎn)更大，比那些提前設(shè)計(jì)變更的成本更大。 ADAMS作為世界上最有名的和廣泛使用的多體動(dòng)力學(xué)（MBD）軟件，ADAMS提高工程效率，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，使早期的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。工程師可以評(píng)估和管理學(xué)科，包括運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)和控制之間復(fù)雜的相互作用，以便更好地優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能，安全性和舒適。憑著強(qiáng)大的分析能力和高性能計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，ADAMS可以大規(guī)模地優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。利用多體動(dòng)力學(xué)解決方案技術(shù)，ADMAS通過(guò)非線性動(dòng)力學(xué)，用很少的時(shí)間有限元來(lái)分析解決方案。載荷和力通過(guò)ADAMS模擬計(jì)算，提供他們?cè)谡麄€(gè)全范圍運(yùn)動(dòng)和操作環(huán)境如何變優(yōu)化為最佳狀態(tài)，提高有限元分析的準(zhǔn)確性。(2) MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB 擁有算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)分析、和模型建立的數(shù)值計(jì)算方法。MATLAB的數(shù)學(xué)函數(shù)內(nèi)部有處理器優(yōu)化庫(kù)，這樣就可以使向量運(yùn)算和矩陣運(yùn)算快速地運(yùn)行。 MATLAB 內(nèi)置的各種工具可以實(shí)現(xiàn)高效的算法開(kāi)發(fā)，包括：1. MATLAB命令行窗口：能夠以交互的方式輸入數(shù)據(jù)，執(zhí)行命令和程序，以及顯示結(jié)果2. MATLAB編輯器：不僅可以設(shè)置程序斷點(diǎn)及逐步調(diào)試各行代碼，而且擁有編輯和調(diào)試功能3. 代碼分析器：自動(dòng)檢查代碼是否有問(wèn)題，并提出修改建議，以最大限度地發(fā)揮性能以及可維護(hù)性4. MATLAB事件探查器：衡量 MATLAB 程序的性能，并確定需要修改加以改進(jìn)的代碼范圍 其他工具可以對(duì)代碼和數(shù)據(jù)文件進(jìn)行比較，并提供顯示文件相關(guān)性、注釋提示和代碼涵蓋范圍的報(bào)告。 動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程介紹 ADAMS參數(shù)設(shè)置過(guò)程1） 在ADAMS中的import選擇文件類型parasolid（.x_t），指向保存的文件，在文件類型中中選擇ASCII,因?yàn)楸４娴奈募墙M件，所以選model name，在后面的空格里單擊右鍵，選model，再選create，默認(rèn)名字，點(diǎn)擊OK。如圖31所示：圖31 導(dǎo)入?yún)?shù)設(shè)置過(guò)程2） 在菜單欄點(diǎn)擊connectors按鈕，設(shè)置相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，并將手指底部與大地鎖定。如圖32所示3）單擊菜單欄里的motions，然后單擊選擇按鈕translationnal joint motion，點(diǎn)擊前面設(shè)置的滑動(dòng)副，然后填寫(xiě)移動(dòng)速度為1*time，點(diǎn)擊ok，其他兩個(gè)滑動(dòng)副設(shè)置過(guò)程相同，如圖33所示。 圖32運(yùn)動(dòng)副設(shè)置圖 圖33 驅(qū)動(dòng)設(shè)置過(guò)程4）單擊菜單欄里的simulation，選擇simulation controls，把end time ,其中steps設(shè)置為500，點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，觀察圖形的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，如果沒(méi)有錯(cuò)誤就可以開(kāi)始輸入輸出參數(shù)的設(shè)置了。圖34是手指在Adams的仿真參數(shù)設(shè)置過(guò)程，圖35為仿真結(jié)果的顯示。圖34仿真過(guò)程參數(shù)設(shè)置圖35仿真效果圖模擬手指受理情況，這個(gè)力是隨著手指移動(dòng)的，這個(gè)時(shí)候給三個(gè)關(guān)節(jié)施加驅(qū)動(dòng)，讓手指開(kāi)始彎曲，觀察手指的運(yùn)動(dòng)，并且查看手指三個(gè)滑動(dòng)副的受力情況，分析受力曲線，如圖36所示，是手指的三個(gè)驅(qū)動(dòng)器受力情況。由圖可知，當(dāng)手指一開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于此時(shí)驅(qū)動(dòng)器在初始位置，滑塊和中間連桿的夾角很小，此時(shí)必需很大的驅(qū)動(dòng)力才能推動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)，但是在實(shí)際情況下，手指一般都是彎曲過(guò)后才會(huì)有負(fù)載，所以真實(shí)情況下手指開(kāi)始并不需要多大驅(qū)動(dòng)力，只需要考慮手指彎曲后的情況即可，如圖可知，手指彎曲后的驅(qū)動(dòng)力接近于一個(gè)常量，joint10是在手指連接手掌的關(guān)節(jié)，所以一開(kāi)始的力比其他兩個(gè)關(guān)節(jié)的力要大。圖36手指受負(fù)載時(shí)三個(gè)驅(qū)動(dòng)受到的力其中 Joint10：下指節(jié)。 Joint11：中指節(jié)。 Joint12：上指節(jié)圖37 手指末端角速度變化曲線圖38 手指末端角加速度變化曲線圖39 手指末端位移變化曲線圖310三個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩圖5）輸入輸出參數(shù)的選擇過(guò)程是非常重要的，由于手指有三個(gè)關(guān)節(jié)，因此必須有三個(gè)參數(shù)的輸入，我們這里把手指的滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)置為輸入?yún)?shù)，多關(guān)節(jié)手指關(guān)節(jié)的指端角速度為輸出參數(shù)。 單擊菜單欄中建立按鈕，打開(kāi)System Elements選項(xiàng)，打開(kāi)State Variable，點(diǎn)擊New選項(xiàng)，創(chuàng)建狀態(tài)變量對(duì)話框。將名稱改成. （ MODEL_1為文件名，speed為變量名）。單擊OK按鈕后創(chuàng)建狀態(tài)變量speed1d作為輸入變量。其他三個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)置為speed2，speed3，如圖311所示圖311創(chuàng)建輸入狀態(tài)變量將狀態(tài)變量與模型關(guān)聯(lián) 在手指右側(cè)的motion菜單中選擇joint motion選項(xiàng)，右擊選擇modifly選項(xiàng)，打開(kāi)編輯對(duì)話框，在函數(shù)輸入框中輸入VARVAL(.)*time ，其中VARVAL（）是一個(gè)ADAMS函數(shù)。通過(guò)Varval把狀態(tài)變量speed1與速度關(guān)聯(lián)起來(lái)，速度等于自于狀態(tài)變量speed1的數(shù)值。如圖312所示圖312 將狀態(tài)變量與模型關(guān)聯(lián) 指定狀態(tài)變量speed1為輸入變量 單擊菜單欄的建立按鈕，選擇窗口中的Controls Toolkit，點(diǎn)擊Plant Input創(chuàng)建輸入變量，彈出控制輸入對(duì)話框，將狀態(tài)輸入名稱 , 點(diǎn)擊變量名稱輸入框中，.,.，單擊OK按鈕。如圖313所示313指定狀態(tài)變量speed1為輸入變量創(chuàng)建輸出變量單擊菜單欄中建立按鈕，打開(kāi)System Elements選項(xiàng)，打開(kāi)State Variable，點(diǎn)擊New選項(xiàng)，跳出狀態(tài)變量窗口。將名稱輸入框修改成Angle，在F(time,…)后面點(diǎn)擊按鈕，然后選擇WX函數(shù)，后面的參數(shù)填寫(xiě)(MARKER_55,MARKER_45,MARKER_45），點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕創(chuàng)建狀態(tài)變量Angle作為輸出變量，其中WX（）函數(shù)返回繞X軸旋轉(zhuǎn)的角速度，這里代表手指末端的角速度。手指末端位移的設(shè)置與上面角速度設(shè)置類似，如圖314所示圖314 創(chuàng)建輸出狀態(tài)變量 指定狀態(tài)變量angle為輸出變量 單擊菜單欄的建立按鈕，選擇窗口中的Controls Toolkit，點(diǎn)擊Plant Input創(chuàng)建輸出變量，彈出創(chuàng)建控制輸出對(duì)話框。將名稱輸入框修改成. 。在變量名稱輸入框中，用右鍵鼠標(biāo)快速菜單輸入狀態(tài)變量Angel，單擊OK按鈕。如圖315所示圖315指定狀態(tài)變量angle為輸出變量導(dǎo)出控制參數(shù)單擊菜單欄中的工具按鈕，選擇其中Plugin Manager，單擊菜單Controls，選擇Plant Export，彈出導(dǎo)出控制參數(shù)對(duì)話框。在File Prefix輸入框中輸入FIRE，在Plant Input輸入框中用鼠標(biāo)右鍵快捷菜單輸入PINPUT_speed1，speed2，speed3，在Plant ，將Control package選擇為MATLAB，類型選擇為non_linear，Initial Static Analysis選擇NO,ADAMS/Solver Choice選擇為Fortran。單擊OK按鈕后，、 、。圖316導(dǎo)出控制參數(shù) 建立MATLAB控制模型 導(dǎo)出ADAMS模型在MATLAB里的模塊啟動(dòng)MATLAB ，先將MATLAB的工作目錄指向ADAMS的工作目錄，方法是單擊工作欄中當(dāng)前